氨法脫硫技術(shù)在燃煤鍋爐煙氣減排中的高效運用

孫 偉

（中海石油天野化工有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010070）

氨法脫硫技術(shù)主要是通過濕法回收煙氣中的硫，氨法脫硫技術(shù)的吸收劑主要是利用氨或者氨水，對于煙氣中的二氧化硫氣體實施洗滌和吸收。氨法脫硫技術(shù)具有較快的反應(yīng)速率，吸收劑的利用率也非常高，而且可以利用副產(chǎn)物，因此需要在燃煤鍋爐煙氣減排中高效利用氨法脫硫技術(shù)，并且結(jié)合實際情況不斷完善和優(yōu)化氨法脫硫裝置，優(yōu)化氨法脫硫技術(shù)的應(yīng)用效果。

1 氨法脫硫技術(shù)的綜合優(yōu)勢

1.1 脫硫產(chǎn)品優(yōu)勢

（1）用作肥料。氨法脫硫裝置在實際運行過程中會產(chǎn)生硫酸銨，可以作為優(yōu)質(zhì)的氮肥和硫肥，可以為農(nóng)作物生長提供氮元素和硫元素等，有利于提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。硫酸銨具有較小的吸濕性，因此不容易結(jié)塊，具有顯著的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，水溶液具有酸性特點，可以應(yīng)用于堿性土壤和碳質(zhì)土壤中。硫酸銨可以作為基肥和追肥以及種肥，因為氮含量較低，因此單位面積使用量較大。作為硫肥的過程中，可以改善土壤硫需求，可以為農(nóng)作物生長過程提供養(yǎng)分。利用硫酸銨可以促進農(nóng)作物枝葉生長，同時可以提高農(nóng)作物的抗病蟲害能力，保障農(nóng)作物的產(chǎn)量。

（2）用于工業(yè)生產(chǎn)。硫酸銨是一種粉狀的結(jié)晶體，并沒有特殊的氣味和色彩，如果溫度超過280℃，硫酸銨將會產(chǎn)生氨氣，加熱溫度超過513℃，可以安全分解為氨氣、氮氣以及二氧化硫等。硫酸銨不僅可以作為肥料，而且可以在放置盒醫(yī)藥等工業(yè)生產(chǎn)中利用。

（3）產(chǎn)品價值較高。氨法脫硫裝置產(chǎn)生的硫酸銨具有較高的價值，因此利用氨法脫硫技術(shù)的過程中，不僅需要充分利用氨資源，而且產(chǎn)生的硫酸銨具有較高的市場價格，可以高效回收硫資源，可以增加含有二氧化硫的廢氣價值。

1.2 技術(shù)優(yōu)勢

（1）脫硫裝置阻力較小。在氨法脫硫過程中，氨具有較高的活性，可以快速和煙氣二氧化硫產(chǎn)生反應(yīng)，對比常規(guī)濕法脫硫技術(shù)，氨法脫硫的液氣比更低，因此降低了脫硫塔的阻力。在蒸汽加熱設(shè)備安裝過程中，脫硫系統(tǒng)的總阻力在1.2kPa范圍內(nèi)。

（2）脫硫效率較高。在氨法脫硫過程中利用的脫硫劑主要是氨水，氨水具有較高的反應(yīng)活性。在煙氣二氧化硫吸收階段，氣液接觸反應(yīng)之后，將會提高整體化學(xué)反應(yīng)效率，可以推動NH3和SO2反應(yīng)，原煙氣中二氧化硫濃度和煙氣流速不會產(chǎn)生較大的影響，可以保障脫硫效率超過98%。

（3）自動化程度較高。氨法脫硫控制系統(tǒng)中利用分散控制系統(tǒng)，其中包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和模擬量控制系統(tǒng)以及順序控制系統(tǒng)等，具有較高的自動化程度，可以滿足氨法脫硫需求，同時可以實時監(jiān)控全過程的控制點。如果裝置設(shè)備產(chǎn)生問題，控制系統(tǒng)可以立即報警，保障整個脫硫裝置的可靠性和安全性。在氨法脫硫過程中，原料氨和生成物等會溶入水中，因此不會產(chǎn)生結(jié)垢和堵塞等問題，有利于開展自動化控制工作，整體工作操作也非常簡單。

（4）占地面積比較小。氨法脫硫裝置簡化了原料預(yù)處理工序，可以直接利用氨水，或者一些液氨儲罐安裝了氨水配置槽，并且可以忽視配置槽的占地面積。對比其他脫硫技術(shù)，利用氨法脫硫技術(shù)可以節(jié)省占地面積30%～50%。

1.3 環(huán)保優(yōu)勢

（1）可以超低排放煙氣二氧化硫。我國近些年要求改造鍋爐煙氣處理裝置，可以超低排放二氧化硫。利用氨法脫硫技術(shù)可以滿足二氧化硫超低排放標準。

（2）不會產(chǎn)生二次污染。利用氨法脫硫技術(shù)的過程中不會產(chǎn)生廢氣和廢水，因此減少了二次污染問題。氨法脫硫技術(shù)的不會排放較多的尾氣，而且二氧化硫濃度較低，并且不會產(chǎn)生二氧化碳，不會污染大氣環(huán)境。利用氨法脫硫技術(shù)可以實現(xiàn)無廢水排放的目標，而且可以向脫硫塔中返回工藝水實現(xiàn)循環(huán)利用，無需利用專門處理措施。硫酸銨溶液脫泥工序中會產(chǎn)生一些灰泥，可以和爐渣共同處理，避免造成二次污染。

1.4 資源利用優(yōu)勢

（1）回收利用硫資源。利用氨法脫硫技術(shù)可以轉(zhuǎn)換二氧化硫廢氣為硫酸銨，有利于實現(xiàn)硫資源回收目標。我國急需擺脫資源緊缺現(xiàn)狀，避免過于依賴進口獲取硫資源。通過推出環(huán)保政策，處理煤和石油等中的雜質(zhì)硫，可以獲得硫磺和硫酸等產(chǎn)品，其中硫資源回收利用中，氨法脫硫技術(shù)發(fā)揮著重要的作用。

（2）充分利用氨資源。在氨法脫硫裝置運行過程中，氨屬于重要的脫硫劑，將煙氣中的二氧化硫脫除后將會產(chǎn)生硫酸銨，可以作為化肥產(chǎn)品，有利于高效利用氨。如果脫硝裝置脫硝水平較低，還可以發(fā)揮出脫硫塔的二次脫硝作用，可以降低煙氣NOx排放濃度。如果脫硝裝置逃逸氨，可以利用脫硫裝置繼續(xù)吸收NH3，高效利用氨法脫硫裝置的氨。

2 氨法脫硫技術(shù)流程概述

2.1 氨法脫硫技術(shù)的化學(xué)原理

氨法脫硫裝置利用氨水作為脫硫劑，在脫硫塔循環(huán)液中補充，控制循環(huán)液的pH在5～6。在脫硫塔中進行反應(yīng)會形成不同類型的溶液。融入壓縮空氣之后，在脫硫塔將漿液段壓縮空氣和亞硫酸銨之間進行反應(yīng)，最終形成硫酸銨溶液。濃縮塔中輸入產(chǎn)生的硫酸銨溶液，需要通過高溫壓縮溶液，再利用旋流濃縮、分離以及干燥等措施，最終獲得硫酸銨產(chǎn)品[1]。

2.2 氨法脫硫工藝流程

2.2.1 雙塔脫硫工藝

（1）濃縮流程。將鍋爐煙氣引入到濃縮塔中，煙氣和濃縮循環(huán)液接觸后，可以利用煙氣的熱量壓縮液體，進一步提高融合的飽和度，漿液濃縮之后送入到硫酸鹽處理環(huán)節(jié)中，可以因此產(chǎn)生硫酸銨化肥。經(jīng)過脫離塔氧化處理之后將會產(chǎn)生硫酸銨漿液，可以用于補充濃縮循環(huán)液。

（2）脫硫塔。脫硫塔內(nèi)部存在隔斷板，上段是洗滌段，中段為脫硫段，下段為脫硫漿液段，頂部還設(shè)置了煙囪[2]。

（3）洗滌流程。煙氣經(jīng)過脫硫處理之后，可以向洗滌段引入煙氣，利用循環(huán)洗滌水可以有效處理煙氣中的粉塵，利用高效屋脊除霧器處理洗滌的煙氣，將霧滴去除后，在塔頂煙囪中直接排放。在隔斷板處向塔外的循環(huán)洗滌槽中排入洗滌循環(huán)水，優(yōu)化整體洗滌效果[3]。

（4）晶體分離。在硫酸銨稠厚器和離心機有序引入硫酸銨溶液，可以將硫酸銨晶體脫離，等到符合相關(guān)標準之后可以將濾液返回到濃縮塔中[4]。

2.2.2 雙塔工藝煙氣脫硫處理過程

在雙塔流程中，煙氣有序進入到濃縮塔、脫硫塔中，整體系統(tǒng)的工作阻力較小，并且可以發(fā)揮出顯著的脫硫效果和除塵效果，在這一過程中不會耗費較多的電能[5]。

2.2.3 可控制氧化率技術(shù)

該技術(shù)可以徹底分開吸收液液和氧化液，氧化液可以保障氧化率在99.5%以上，而且可以合理控制吸收液的氧化率，以脫硫效率為前提，有利于降低吸收液pH，避免發(fā)生氨逃逸問題，而且吸收液的氧化率比較低，可以突然向上波動原煙氣參數(shù)，如果沒有及時跟上加氨調(diào)節(jié)工作，也不會影響到污染物的濃度，保障二氧化硫排放符合相關(guān)標準，維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

2.2.4 液力噴射攪拌技術(shù)

通過利用液力噴射攪拌技術(shù)，在常規(guī)氣流攪拌階段，會引發(fā)泵氣蝕和管道振動等問題，在塔界面覆蓋噴射液力攪拌，避免產(chǎn)生沉積問題，集料不會沉積在塔底，否則將會堵塞循環(huán)泵，不利于發(fā)揮出過濾器的作用[6]。

3 燃煤鍋爐煙氣減排中常用的氨法脫硫技術(shù)

3.1 電子束氨法脫硫

利用電子束氨法脫硫，煙氣有序經(jīng)過除塵器后被引入到冷卻塔中，利用冷卻塔的冷卻水，可以實現(xiàn)降低燃煤鍋爐煙氣的溫度，同時可以提高煙氣的濕度，隨后利用反應(yīng)器的輻照處理，噴入氨之后利用電子束，推動煙氣和氨之間充分反應(yīng)，最終生產(chǎn)硫酸銨和硝酸銨。完成所有的處理措施之后，在副產(chǎn)品收集裝置中輸送煙氣，復(fù)查收集裝置，可以收集其余的硫酸銨和硝酸銨，最后利用煙囪排除處理之后的煙氣。

3.2 NKK氨法脫硫技術(shù)

NKK氨法脫硫技術(shù)最早是利用NH3作為吸收劑，可以脫硫處理尾氣。利用NKK氨法脫硫技術(shù)的過程中，首先引出燃煤鍋爐的煙氣，利用脫硫風(fēng)機增壓之后，可以在吸收塔中引入煙氣，在吸收塔中可以利用除塵降溫工作，隨后加入吸收劑，可以第二次吸收燃煤鍋爐的煙氣，只是加入工藝水，經(jīng)過吸收處理之后，利用加熱器升溫?zé)煔猓詈笸ㄟ^煙囪排除[8]。

3.3 NADS氨法工藝

NADS氨法工藝主要是利用氨吸收煙氣中的二氧化硫，從而形成亞硫酸氫銨和亞硫酸銨，并且根據(jù)實際生產(chǎn)需求等合理回收氨法脫硫裝置的產(chǎn)物，推動工業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展。

4 氨法脫硫技術(shù)暴露的問題和原因

4.1 脫硫塔濃縮段

（1）噴淋層嚴重沖刷塔壁。塔壁出現(xiàn)了穿孔問題，出現(xiàn)這一問題是因為脫硫塔濃縮段噴淋層的最外側(cè)噴嘴和塔壁相距較近；設(shè)計人員在選擇噴嘴類型的過程中，沒有分配選擇外側(cè)噴嘴和內(nèi)圈噴嘴的型號，普遍利用120°空心錐切線型噴嘴；沒有防沖刷處理脫硫塔濃縮段噴淋層下方塔壁內(nèi)，主要是利用3mm厚的玻璃鱗片開展防腐處理。

（2）濃縮循環(huán)泵葉輪嚴重磨損。嚴重腐蝕濃縮循環(huán)泵葉輪之后，將會顯著降低流量和揚程。這是因為沒有在濃縮循環(huán)泵葉輪表面設(shè)置耐磨涂層。或者在實際操作過程中，濃縮循環(huán)液固含量超過35%之后，才向處理系統(tǒng)中輸送漿液，提高了漿液中的固含量，嚴重磨蝕葉輪。

（3）硫酸銨母液氧化率較低。去除硫酸銨之后，處理系統(tǒng)硫酸銨母液氧化率較低，這是因為在裝置運行過程中，濃縮段漿液pH在5～6，整體pH偏高，濃縮段漿液吸收煙氣中的二氧化硫，從而形成亞硫酸根，但是因為缺乏氧化空氣量，一些亞硫酸根沒有被氧化，導(dǎo)致硫酸銨母液氧化率低于工作標準。

4.2 脫硫塔氧化和吸收段

（1）吸收液氧化率較低。通常情況下吸收液的氧化率在96%左右，但是鍋爐燃燒的煤質(zhì)硫含量超過設(shè)計標準之后，將會降低裝置吸收液的氧化率在90%范圍內(nèi)。這是當(dāng)前主要是利用孔管形式的氧化空氣分布管，為了避免堵塞分布孔，將會擴大氧化空氣分布管的孔徑，并且在塔底設(shè)置氧化槽無氧化空氣再分布設(shè)施，導(dǎo)致氧化空氣氣泡在分布孔逸出之后，迅速抬升，降低了氣液接觸面積，同時會降低氧化空氣利用率。

（2）二氧化硫吸收率不穩(wěn)定。吸收段二氧化硫吸收率不穩(wěn)定，而且還存在超標問題、這是因為原吸收段的噴淋層包括兩層，煙氣經(jīng)過吸收噴淋層之后，因為異物堵塞部分噴頭，導(dǎo)致煙氣只能經(jīng)過一層噴淋液，煙氣中二氧化硫濃度非常高。

4.3 脫硫塔水洗和除霧段

（1）水洗噴淋液濃度較高。水洗噴淋液濃度較高，這是因為脫硫塔系統(tǒng)沖洗水利用工藝水，整體補水液比較少，吸收段吸收的二氧化硫需要在水洗段進一步吸收富集。

（2）電除霧器運行效果不理想。電除霧器的除霧效率為60%，不利于保障煙氣均布效果。

5 氨法脫硫技術(shù)改進措施

5.1 改造濃縮段

重新選擇濃縮段噴淋層的噴嘴，并且在濃縮段噴淋層下方塔壁內(nèi)襯設(shè)置護板，避免噴淋液沖刷塔壁。及時更新濃縮循環(huán)泵，并且選用閉式葉輪，葉輪上要設(shè)置耐磨涂層，選用六級的電動機，降低葉輪轉(zhuǎn)速，同時增設(shè)塔壁沖洗水環(huán)管，并且要定期沖洗塔壁。

5.2 改造氧化和吸收段

為了提高氧化效率，減少氧化空氣使用量，可以分層控制氧化段的pH，在氧化段需要設(shè)置兩層的分布篩板。因為脫硫塔吸收段的噴淋液氣比較小，吸收能力有待提高，需要增設(shè)循環(huán)泵和噴淋層，增加總循環(huán)噴淋量，利用三用一備的吸收段循環(huán)泵運行模式。

5.3 改造水系和除霧段

通過更新水系循環(huán)泵，可以增大噴淋量，在脫硫系統(tǒng)沖洗中利用水循環(huán)液。合理減小水洗層填料厚度，同時整下下移水洗噴淋層和支撐梁，將原水洗噴淋層更換，合理增加噴嘴的數(shù)量，因此提高噴淋的覆蓋率。將原有的電除霧底部填料取消，并且在電除霧器的入口設(shè)置氣流均布導(dǎo)流板。

6 氨法脫硫技術(shù)應(yīng)用前景

當(dāng)前我國利用的鈣法脫硫主要是在國外引進，需要支付高昂的技術(shù)轉(zhuǎn)讓費和技術(shù)使用費，而且通常是在多家企業(yè)引進同一技術(shù)。因為氣溶膠和氨損以及氯離子富集等問題，影響到氨法脫硫技術(shù)的發(fā)展。不斷發(fā)展氨法脫硫技術(shù)，可以推進氨法脫硫技術(shù)的應(yīng)用，改變鈣法壟斷的局面，可以保障我國氨法脫硫技術(shù)的多元化發(fā)展。我國擁有氨法脫硫技術(shù)的自主知識產(chǎn)權(quán)，可以節(jié)省整體投資，而且占地面積比較小，系統(tǒng)運行過程非常簡單，不僅可以脫硫還可以脫硝，在實際應(yīng)用過程中不會產(chǎn)生二次污染，整體運行費用比較低，副產(chǎn)物還具有較高的應(yīng)用價值，有利于改造老舊鍋爐，因此在未來發(fā)展過程中我國需要全面推廣氨法脫硫技術(shù)。

7 結(jié)束語

分析了氨法脫硫技術(shù)在燃煤鍋爐煙氣減排中的應(yīng)用，提出針對性的應(yīng)用流程和應(yīng)用技術(shù)，對于實際工作起到參考作用，實現(xiàn)燃煤鍋爐煙氣減排的目標，推動相關(guān)行業(yè)健康發(fā)展。